Como Evitar o Enrugamento na Embutidura Profunda

Resposta direta:O enrugamento na estampagem profunda é uma falha de encurvadura da chapa. A flange do blank é empurrada para dentro pelo punção e, como a circunferência do blank é maior do que a circunferência do copo estampado, o material da flange é comprimido tangencialmente. Quando essa tensão de compressão excede a resistência da chapa à encurvadura, formam-se ondas no rebordo (enrugamento da flange) ou propagam-se para a parede (enrugamento da parede). Previne-se controlando as oito variáveis abaixo — acima de tudo a força do sujeitador de blank, o coeficiente de estampagem, os raios das ferramentas e a anisotropia do material — e corrige-se diagnosticando qual variável está fora do intervalo antes de tocar na ferramenta.

O que causa o enrugamento na estampagem profunda?

Durante a estampagem, a flange está sujeita a uma tensão radial de tração (puxando o material para a cavidade da matriz) combinada com uma tensão tangencial de compressão (a circunferência está a diminuir). Material fino sob compressão tangencial comporta-se como uma coluna sob compressão: abaixo de uma tensão crítica é estável, acima dela, encurva em ondas. O metal não desaparece — dobra-se. Se a dobra permanece na flange ou é puxada para a parede depende de onde e quando a restrição é perdida. Oito variáveis de processo e ferramentas definem essa tensão crítica:

1. Força do Sujeitador de Chapa

O sujeitador de chapa (bloco de pressão) pressiona o flange contra a face da matriz, gerando o atrito que resiste à encurvadura tangencial. Com força a menos, o flange levanta e ondula; com força a mais, o material não consegue fluir para dentro, a parede afiniza e rasga no raio do punção. Para uma matriz de embutidura nova, comece com cerca de 20–30% da força de embutidura calculada para aço doce e ajuste durante os ensaios. Utilize amortecedores a azoto, hidráulicos ou servocushions quando precisar de um perfil de pressão repetível e ajustável; um sujeitador de força constante afinado para uma profundidade de curso não controlará uma peça com área de flange variável.

2. Coeficiente de Embutidura

O coeficiente de estampagem m = d/D (diâmetro do produto sobre o diâmetro do blank) mede o quanto o blank deve encolher. Quanto menor for m, maior será a compressão tangencial na flange e mais difícil será evitar o enrugamento sem rasgar. Cada material tem um coeficiente de estampagem limite prático para uma única operação — para aço de baixo carbono, aproximadamente m ≈ 0,50–0,55 (uma relação profundidade-diâmetro em torno de 0,9–1,0 para um copo simples). Se a sua peça necessitar de uma estampagem única mais profunda do que isso, adicione uma operação de reestampagem em vez de forçar o material.

3. Raio da Matriz e do Punção

O raio de entrada da matriz controla a forma como a flange dobra para dentro da cavidade e por quanto tempo o sujeitador de blank mantém o controle do material. Um raio demasiado pequeno aumenta a tensão de flexão e pode rasgar a parede; um raio demasiado grande permite que a flange escape do sujeitador de blank prematuramente, e o material não suportado enruga na parede. Comece com aproximadamente 6–10 × a espessura da chapa para o raio da matriz em copos de aço e 4–8 × a espessura para o raio do punção, e depois verifique por ensaio. O punção e a matriz também devem ser polidos na direção de estampagem para evitar a aderência que perturba o fluxo de material.

4. Anisotropia do Material

A chapa metálica não é uniforme: a laminagem cria direcionalidade. O coeficiente de anisotropia normal r (coeficiente de Lankford) descreve a resistência da chapa ’ ao afinamento versus a contração no plano — um valor de r mais elevado significa melhor resistência ao enrugamento, porque o material prefere engrossar em vez de encurvar. Os graus para embutidura profunda são selecionados pela conformabilidade e por valores de r consistentes: DC04/DC06 ou SPCE para aço, 5052-O para alumínio e 304 de qualidade para embutidura profunda em inoxidável. Se um grau marginal enruga em cada operação, um grau melhor normalmente resolve o problema a um custo inferior ao de retrabalhar a ferramenta.

5. Lubrificação

A lubrificação tem duas funções opostas. No raio da matriz e no punção, um baixo atrito permite que a parede deslize e reduz o risco de rasgamento. No lado do flange, algum atrito é desejável: é o que permite que o sujeitador de chapa retenha o material. Uma lubrificação irregular ou excessiva do flange promove, portanto, o enrugamento, enquanto uma lubrificação insuficiente promove o rasgamento. Utilize uma película controlada e uniforme do lubrificante de estampagem correto para o material (óleo de estampagem, película seca ou revestimento de polímero) e mantenha a aplicação consistente de peça para peça.

6. Espessura da Chapa

A resistência ao enrugamento depende fortemente da espessura: uma chapa mais espessa tem uma tensão de encurvadura muito maior no rebordo, razão pela qual as peças finas enrugam muito antes das grossas sob a mesma força do sujeitador. As tolerâncias de espessura são importantes — uma bobina no limite inferior da sua faixa de tolerância comporta-se como um material diferente. Se as peças de chapa fina enrugarem de forma intermitente, verifique a espessura à entrada e considere especificar uma tolerância mais apertada ou um grau de maior resistência que permita a mesma peça com a mesma espessura.

7. Geometria do Disco

A forma e o tamanho do disco determinam a uniformidade da carga no rebordo. Um disco perfeitamente redondo para um copo cilíndrico carrega simetricamente; um disco assimétrico ou sobredimensionado carrega o sujeitador de forma desigual, e a zona menos carregada enruga primeiro. Corte o disco para o menor contorno exequível, equilibre o fluxo de material e, para peças irregulares, utilize uma forma de disco desenvolvida em vez de um retângulo ou círculo por conveniência.

8. Velocidade de Estampagem

A velocidade altera a taxa de deformação e, através do trabalho de atrito, a temperatura no raio da matriz. Na maioria dos aços, o efeito é moderado; no alumínio, nos aços inoxidáveis austeníticos e nas chapas revestidas, pode deslocar o processo para rasgamento ou enrugamento. Mantenha a velocidade da prensa e o tempo do amortecedor constantes durante o ensaio para que apenas uma variável mude de cada vez, e registe a velocidade de produção na folha de processo — uma ferramenta validada a 10 golpes por minuto pode comportar-se de forma diferente a 25.

Como Diagnosticar Enrugamento

Repare onde está a onda, não apenas no facto de existir:

• Ondas uniformes no rebordo exterior da flange— o sujeitador de chapa não está a fixar com força suficiente (força demasiado baixa, pressão do amortecedor perdida ou o sujeitador não toca cedo o suficiente).
• Vinco puxado para a parede— a contenção é perdida antes do fim do curso: relação de estampagem demasiado agressiva, raio da matriz demasiado grande, ou ausência de pisadores/ pisadores demasiado rasos.
• Enrugamento apenas num dos lados da peça— a ferramenta não está paralela (suporte ou face da matriz desnivelados), o blank está descentrado ou o cushion está irregular. Verifique com filme sensível à pressão antes de alterar as forças.
• Micro-ruga fina em torno de um raio de canto pequeno ou de uma característica— excesso local de material: a geometria circundante está a alimentar mais material para a característica do que esta consegue absorver; adicione um bead local ou altere o contorno do blank.

A inspeção por desmontagem ajuda: pare a prensa no ponto morto inferior e verifique onde o flange se levanta primeiro do suporte. Esse ponto é onde a ruga começa.

Como Corrigir a Ferramenta

Trabalhe nesta ordem para alterar uma variável de cada vez:

1. Verifique se a prensa e o amortecedor estão a fornecer a força nominal.Um amortecedor de azoto a falhar ou um circuito hidráulico com fugas reproduz o enrugamento de um dia para o outro numa ferramenta que estava boa no dia anterior.
2. Aumente a força do sujeitador de chapa em pequenos incrementos(5–10%) até a onda no rebordo desaparecer ou a parede começar a afinar — o que ocorrer primeiro.
3. Adicionar ou aprofundar os travões de estampagemquando a força, por si só, rasga a peça antes de eliminar o enrugamento. Comece com profundidade reduzida; um travão demasiado profundo transforma um problema de enrugamento num problema de fissuração.
4. Reveja o raio de entrada da matriz e a folga.Aumente o raio apenas se a parede apresentar queimadura ou rasgamento; reduza-o (ou adicione um pequeno degrau/ressalto na entrada) se a aba escapar prematuramente.
5. Corrija o paralelismo e o alinhamento— retificar e reajustar o suporte se o filme de pressão indicar que a carga está concentrada num dos lados.
6. Altere os parâmetros de processo em último lugar:tipo e quantidade de lubrificação, contorno do blank, grau ou espessura do material e, em seguida, velocidade de estampagem.
7. Se o coeficiente de embutidura ultrapassar o LDR do material, pare de ajustar e adicione uma operação de reembutidura.Nenhuma força do sujeitador torna estável uma embutidura única fisicamente impossível.

Exemplo de Caso

Uma carcaça de motor cilíndrica embutida a partir de chapa DC04 de 1,2 mm apresentou ondulação no rebordo nas primeiras 40 peças de um ensaio. A relação de embutidura era aceitável (m ≈ 0,58) e o raio de entrada da matriz era generoso (≈ 8 × t). O filme sensível à pressão revelou que o amortecedor (cushion) suportava apenas 60% da força nominal num quadrante, devido a perda de carga num amortecedor de azoto. Após recarregar e equalizar o amortecedor, a ondulação no rebordo desapareceu com a mesma regulação de força. A melhoria subsequente foi a adição de um repuxador (draw bead) pouco profundo, para alargar a janela de processo antes da libertação para produção. A lição: medir a máquina antes de modificar a ferramenta.

Lista de Verificação de Engenharia

• A relação de embutidura m = d/D está acima do limite de operação única do material? Se não, planeie uma reembutidura.
• Força do sujeitador de chapa definida a partir da área do rebordo e do material, com amortecedor repetível?
• Raio de entrada da matriz na gama inicial de 6–10 × t; raio do punção de 4–8 × t?
• Superfícies da ferramenta paralelas; força do amortecedor verificada com filme de pressão no ensaio?
• Bordas de estiramento dimensionadas para controlar o fluxo sem sobre-estiramento?
• Grau de material com valor de r adequado e tolerância de espessura consistente?
• Aplicação uniforme e correta de lubrificante — sem excesso de lubrificação na flange?
• Contorno do blank aparado para equilibrar o fluxo de material?
• A velocidade da prensa e o tempo do amortecedor foram registados como parâmetros do processo?
• As primeiras peças e a ficha de processo foram revistas em conjunto antes da libertação para produção?

Serviço de Estampagem Profunda na Balford

A Balford concebe e fabrica internamente ferramentas de estampagem profunda e opera prensas de 25 a 350 t, com capacidade de ferramentas progressivas para grandes volumes e ferramentas de batida única para protótipos e séries médias. Os nossos engenheiros aplicam a mesma sequência de diagnóstico acima durante o DFM e o ensaio de ferramentas —consulte a nossa capacidade de estampagem profunda de metalpara a gama de prensas e limites de tamanho de peças. Guias de engenharia relacionados:estampagem por embutimento profundo vs. estampagem com matriz progressiva,peças de alumínio por embutimento profundo, ecarcaças de electroválvulas embutidas por estampagem profunda.

Perguntas Frequentes